諶 文，鄭 敏

(1.北方工程設計研究院有限公司武漢分公司，武漢 430205；2.湖北經(jīng)濟學院，武漢 430205)

網(wǎng)架-混凝土結構共同工作效應的研究

諶 文1，鄭 敏2

(1.北方工程設計研究院有限公司武漢分公司，武漢 430205；2.湖北經(jīng)濟學院，武漢 430205)

以某禮堂網(wǎng)架-混凝土結構為例，比較了是否考慮網(wǎng)架和混凝土共同作用兩種計算結果，得到網(wǎng)架和混凝土的共同作用程度。同時分析了網(wǎng)架和混凝土的阻尼不同取法對地震響應的影響程度。分析表明：設計中應充分考慮鋼結構-混凝土結構協(xié)同工作效應，阻尼是否統(tǒng)一取值對地震響應影響不大。

網(wǎng)架; 混凝土結構; 共同作用

隨著社會的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對大空間的追求越來越迫切，大跨度結構應運而生。為了充分利用混凝土和鋼結構的優(yōu)點，大跨度結構的一種普遍做法是將鋼結構部分支承在下部混凝土結構上，這樣的情況在體育館，游泳池，集會廳等工程中不乏少數(shù)。為簡化分析，常把此類體系的屋蓋結構與下部結構體系分開考慮。實際上，鋼結構支承于混凝土結構之上，由于作為鋼結構支座的下部混凝土結構的剛度有限，同時還存在著混凝土材料的收縮、徐變、支座的變位等因素，使得分開計算所得結果不能真實反映下部混凝土結構、鋼結構與混凝土結構的連接支座約束對大跨度鋼結構受力狀態(tài)及安全性能的影響，從而造成整體結構在各種荷載作用下的變形受力性能與上下部結構單獨分析時的結果存在差異。因此，有必要對這種計算方法進行評估，找出合理的計算方法，降低誤差。

該文以某禮堂網(wǎng)架-混凝土結構為例，比較了是否考慮網(wǎng)架和混凝土共同作用兩種計算結果，得到網(wǎng)架和混凝土的共同作用程度。同時分析了網(wǎng)架和混凝土的阻尼不同取法對地震響應的影響程度。

1 工程概況

該工程共2層，檐口高度為9.000 m，由于集會廳跨度較大，達到32.2 m，故屋蓋采用網(wǎng)架結構，網(wǎng)架高度1.800 m，其中上、下弦均采用φ140×10無縫鋼管，腹桿采用φ114×4的無縫鋼管，材質為Q345。6度設防烈度，第一組，場地類別III類。具體詳見圖1，圖2。

2 結構計算參數(shù)

目前很多工程在設計中將屋蓋與下部結構分開進行計算分析，常用3D3S，MIDAS GEN，SAP2000，ANSYS,ABAQUS對鋼屋蓋進行有限元分析，用PKPM，ETABS，MIDAS BUILDING對屋蓋下部結構進行設計。本工程分別采用3D3S，STWJ(PKPM模塊)，YJK軟件計算分析鋼屋蓋部分，分別用PMSAP，YJK軟件計算混凝土部分。

對于網(wǎng)架等空間結構，一般應設置支座，并通過支座和下面的普通樓層連接，建模時在支座處用一根斜桿模擬支座。當采用模擬施工時，必須注意施工次序是否正確。YJK軟件在布置荷載時，引入了蒙皮導荷的概念(蒙皮導荷是指沿著桿件或者墻面邊界形成一個面，在該面上賦值面荷載)，軟件可將面荷載沿著該面的投影方向或法向進行荷載導算，將荷載導算到面的周邊節(jié)點上。

3 結構計算分析

3.1 屋蓋與下部結構模型計算

先計算屋蓋，通過屋蓋計算得到的支座反力施加給下部結構，進行下部結構的計算(分開計算)；然后進行屋蓋和下部結構整體建模計算(整體計算)。下面分析分開計算和整體計算下屋蓋和下部結構在小震作用的變形和反力。

圖3、圖4為屋蓋豎向變形云圖，分開計算時屋蓋的最大豎向位移為56.060 mm，整體計算時屋蓋的最大豎向位移為61.143 mm，相差8.31%。

由表1可知，分開計算與整體計算的X向基底反力相差16%，Y向基底反力相差40%，Z向基底反力相差25%。分開計算比整體計算的屋蓋的最大豎向位移和屋蓋桁架的最大應力均小，而分開計算比整體計算的基底反力大，說明分開計算對屋蓋偏不利，對下部結構偏安全。

表1 分開計算和整體計算結果比較

3.2 屋蓋與下部結構阻尼比設置

由3.1可知，結構應按整體計算，下面所作計算均為在整體計算下的結果。為研究阻尼比不同取法對地震響應的影響。分別計算了屋蓋和下部結構設置相同的阻尼比和不同阻尼比的兩種情況：屋蓋和下部結構設置相同的阻尼比0.03；屋蓋和下部結構設置不同的阻尼比，其中屋蓋鋼結構阻尼比為0.02，下部混凝土結構阻尼比為0.05。圖5、圖6和表2分別給出屋蓋和下部結構在小震作用下的變形和反力。

全模型同阻尼比時屋蓋的最大水平位移為5.193 mm，不同阻尼比時屋蓋的最大水平位移為5.476 mm，相差5.0%。

由表2可知，同阻尼比與不同阻尼比的X向基底反力相差0.1%，Y向基底反力相差0.1%。結構整體上部與下部設置不同阻尼比對結構的影響不大。

表2 阻尼比不同取法計算結果

4 結 語

通過以上分析可知，考慮下部混凝土框架結構的作用后，上部鋼結構的位移和內(nèi)力均有較大的增長，設計時應重視這種鋼結構-混凝土結構協(xié)同工作的作用。阻尼比是否統(tǒng)一取值對地震響應的影響不大。

[1] GB 50011—2010混凝土結構設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] JGJ 7—2010空間網(wǎng)格結構技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] GB 50017—2003鋼結構設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[4] 尹德鈺.網(wǎng)殼結構設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[5] 沈祖炎，陳揚驛.網(wǎng)架與網(wǎng)殼[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[6] 張毅剛.大跨空間結構[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[7] 董石麟.大跨度空間結構的工程實踐與學科發(fā)展[J].空間結構，2005，11(4)：3-10.

[8] 嚴 慧.斜拉網(wǎng)架的結構特性及其設計應用研究[J].建筑結構，1996，(1)：14-20.

Study of Space Truss-concrete Structures Interaction

SHEN Wen1，ZHENG Min2

(1.Wuhan Branch,Northern Engineering Design and Research Institute Ltd,Wuhan 430205,China;2.Hubei University of Economics, Wuhan 430205,China )

A certain hall grid-concrete structure as an example, the interaction between the grid and the concrete was studied based on two calculation results of whether the interaction between the grid and the concrete was considered.Simultaneous the influence of the two different extraction method for damping to seismic response was studied.The analysis shows that: the interaction between the truss and the concrete should be fully taken into account in the design, and the two different extraction method for damping had a little effects on seismic response.

space truss structure; concrete structure; interaction

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.017

2015-01-05.

諶 文(1977-)，工程師，碩士.E-mail:sheng_wen26@126.com

鄭 敏(1981-)，講師，博士.E-mail:zheng_min1221@126.com